발열체 선택 계산

a) 배터리 발열체는 주로 실리콘 발열체, PTC 발열체, PI 발열체의 세 가지 형태로 제공됩니다. 발열체 크기 설계는 발열량 요구 사항, 비용, 무게 및 공간을 기반으로 적절한 재료를 선택한 후 최종 결정됩니다.

1) PTC 발열체는 세라믹 발열체와 일반적으로 두께가 5{2}}8mm이고 내하력이 있는 알루미늄 판으로 구성됩니다. 그림 1(a)에 설명된 것처럼 배터리 모듈의 하단은 일반적으로 배터리 모듈이 있는 위치입니다.

2) 실리콘 발열체는 실리콘 본체와 약 1.2mm 두께의 발열 코어로 구성되어 있습니다. 일반적으로 모듈 측면에 위치하며 무게를 지탱할 수 없습니다. 대안으로, 그림 1(b)에 설명된 것처럼 실리콘 가열 요소가 모듈 베이스에 수용될 수 있습니다.

3) PI난방필름은 발열코어와 PI필름으로 구성되며, 두께는 일반적으로 약 0.38mm이다. 일반적으로 모듈 측면에 위치하며 무게를 지탱할 수 없습니다. 또한 적절한 공간이 있는 경우 모듈 바닥에 배치할 수도 있습니다.

b) 가열력 계산

발열체의 발열량은 다음 공식에 의해 결정됩니다.

F = 60 × R × W

여기서, F는 가열 요소의 가열 전력, W를 나타냅니다.

모듈의 비열 용량은 R/(K ∙ K)로 표시됩니다.

모듈의 무게(킬로그램)는 W로 표시됩니다.

60은 고객이-필요한 배터리 가열 속도, 각도/도를 나타냅니다.

실제 적용에서는 모듈과 다른 부품 사이의 열 전도, 발열체 반대편의 방열, 배터리 시스템 전압 변화로 인한 발열체 전력 감소 등의 요소를 고려하여 설계 선택에 20%의 여유를 추가로 추가합니다. 따라서 실제 필요한 가열 전력은 다음과 같습니다.

F₀ = F₀ × (1 + 20%)

c) 전력 밀도 선택

실제 응용에서는 모듈 양쪽 끝의 배터리가 엔드 플레이트와 직접 접촉하기 때문에 엔드 플레이트를 통해 상대적으로 열 방출이 빠릅니다. 또한, 끝단 절연판의 접힌 가장자리로 인해 끝판에 가까운 배터리의 일부 영역에는 발열체가 부족합니다. 이 두 가지 요인으로 인해 가열 시 모듈 양쪽 끝에 있는 배터리와 모듈 중앙에 있는 배터리 사이의 온도 차이가 커지게 됩니다. 따라서 실제 발열체 설계에서는 모듈 끝단에 가까운 발열체의 전력 밀도를 적절하게 증가시킵니다.

PTC 가열 요소는 자체-온도 제어 기능을 갖추고 있습니다. 그림 2에서 볼 수 있듯이 세라믹 PTC 소자는 전압이 인가된 후 가열되고 내부 온도가 급격히 상승하여 NTC 효과에서 PTC 효과로 전환됩니다. 이후 온도가 상승함에 따라 저항이 급격히 증가하여 결국 가열과 방열의 균형에 도달하여 자동 온도 제어가 이루어집니다. 일반적으로 자체 제어 온도는 60도에서 80도 사이로 설계됩니다. 배터리 모듈과 함께 사용할 경우 발열체의 표면 열평형 온도는 일반적으로 실온에서 20~40도 사이입니다. 발열체 표면이 붉게 빛나거나 불꽃을 내지 않아 안전성과 신뢰성을 보장합니다. PTC 발열체에 일반적으로 사용되는 전력 밀도는 0.5~0.6 K/K²입니다.

실리콘 발열체와 PI 발열필름은 PTC와 발열 특성이 다릅니다. 표 1에 표시된 것처럼 전력 밀도가 높을수록 건식 연소 온도가 높아집니다-. 가열 전력 요구 사항을 충족하는 동시에 전력 밀도를 최소화해야 합니다. 실리콘 발열체 및 PI 발열필름에 일반적으로 사용되는 전력밀도는 0.25~0.4 K/K²입니다.

발열체 양쪽 끝의 출력 밀도를 높인 후 발열체의 총 발열량을 다시 계산해야 합니다. 계산식은 다음과 같습니다.

𝑃𝐻0′ = 𝑃𝐻0 + 𝑃x

여기서 𝑃𝑥는 가열 요소의 양쪽 끝에서 증가된 전력 밀도의 가열 전력(W)을 나타냅니다.

d) 발열체 전압

배터리 팩 내부에는 PTC 발열체가 병렬로 연결되어 있고, 실리콘 발열체와 PI 발열필름이 직렬로 연결되어 있습니다. 가열 요소 전압에는 두 가지 시나리오가 있습니다. 첫째, 가열 전압은 배터리 팩에 의해 제공됩니다. 이 경우 PTC 가열 요소 전압은 배터리 팩 플랫폼 전압과 일치하며 각 실리콘 가열 요소와 PI 가열 필름의 전압 값은 직렬로 연결된 요소 수에 따라 결정됩니다. 둘째, 발열체 전압은 외부 충전기에 의해 제공되며, 이 경우 PTC 전압은 충전기 전압과 일치하며 각 실리콘 발열체와 PI 발열 필름의 전압 값은 직렬로 연결된 소자 수에 따라 결정됩니다.

e) 발열체 저항

가열 요소 저항은 다음 공식에 표시된 것처럼 계산된 가열 요소 전력 및 전압에 의해 결정됩니다.

F = F^2/F0′

여기서 F는 단일 가열 요소의 전압(V)을 나타냅니다.

F0'은 단일 발열체(W)의 발열량을 의미합니다.

f) 발열체 고정 설계: PTC 발열체는 볼트로 하우징 바닥에 고정되어 열 패드나 접착제를 통해 모듈과 단단히 접촉됩니다. 실리콘 발열체와 PI 발열 필름은 일반적으로 단면 접착제를 사용하여 모듈의 측면이나 바닥에 부착됩니다.-

g) 가열 하니스 고정: 와이어링 하니스는 일반적으로 엔드 플레이트 또는 하우징에 일반적으로 150mm~200mm의 간격으로 고정됩니다.